專利名稱：具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有單層金剛石固結(jié)磨料工具制品，都是沿用電鍍方法制備的將工具基體上需要覆蓋磨料的部位預先埋入鍍液槽的磨料堆中，然后籍助電沉積的金屬鎳將與表面相貼靠的一層磨料逐漸包埋固結(jié)到基體上，最終形成工具的工作面。由于此種制備方法工藝簡單，可以不受尺寸大小和幾何形狀的限制隨形地制成各種需要的工具，包括任意復雜的異形面工具，且制成的工具無須修整修銳即可直接使用，因而四十多年來，單層電鍍的金剛石固結(jié)磨料工具其生產(chǎn)應(yīng)用的范圍極其廣泛，特別是在高硬脆性難加工材料的小余量精密超精密加工領(lǐng)域，它至今仍是人們首選的主要工具品種。
但是隨著單層電鍍金剛石工具制品生產(chǎn)應(yīng)用范圍的日益擴展，尤其是在需要它面對諸如石材加工、公路養(yǎng)護、地質(zhì)勘探、油氣鉆探以及工程項目施工之類眾多行業(yè)所要求的大余量重負荷的加工作業(yè)條件時，它原本未被人們察覺的固有的弊端和缺陷便開始集中突現(xiàn)出來，譬如①工具表面鍍層厚度通常都要達到磨料本身高度的70-80％上下，磨料出露很低，致使工具不僅鋒利度差，且因容屑空間嚴重不足，極易發(fā)生堵塞失效 ②鍍層雖已過厚，在重負荷作業(yè)條件下，磨料仍易整顆脫落，鍍層本身也易成片剝離 ③即使在理想情況下，工具表面每顆磨粒的實際可利用高度也往往不足其本身高度的20-30％，因為只要鍍層被磨損到其包埋厚度不足磨料初始高度的60％時，磨料受力就會自行脫落，等等。究其原因，都是因為電鍍工具在鍍層金屬與磨料的界面上根本不存在結(jié)合力，它只能籍助加厚鍍層增加對磨料的機械包埋作用來固定和把持磨料，正是由于此種包埋把持力的低下，導致電鍍工具在重負荷作業(yè)條件下根本無從發(fā)揮金剛石磨料本身的性能優(yōu)勢。很明顯，上述困擾人們的一系列問題，對需要承擔重負荷作業(yè)的單層電鍍金剛石工具而言，實際上是致命的，因為這是電鍍工藝自身無法克服的一種痼疾。
在上個世紀九十年代，國外開始醞釀提出用高溫釬焊替代電鍍開發(fā)新一代單層金剛石固結(jié)磨料工具，其出發(fā)點就是希望能籍釬焊工藝為釬料與磨料的界面提供一種可以實現(xiàn)高強度化學冶金結(jié)合的條件，從而確保單層金剛石固結(jié)磨料工具也能在重負荷的高效作業(yè)中理想發(fā)揮金剛石磨料本身的超級加工性能優(yōu)勢。不過在長達十年的時間里，國外的研發(fā)工作并未能如愿取得預期的進展和效果，其中的原因，除了換代用單層釬焊工具的開發(fā)確有很大難度以外，受市場競爭壓力驅(qū)使急于求成心切，從一開始就嚴重忽視了關(guān)于金剛石釬焊機理的基礎(chǔ)研究，應(yīng)該是一個最主要的原因。因為不通過深入的基礎(chǔ)研究，不籍助各種現(xiàn)代的理化測試分析手段確切把握釬焊金剛石磨料及其界面實際可能發(fā)生的各種變化，包括這些變化的得失利弊和相應(yīng)的調(diào)控對策，僅憑常規(guī)試驗確定的釬焊工藝就盲目上馬制作工具，是不可能確保制成的工具能穩(wěn)定獲得期望中的釬焊質(zhì)量和效果的，這也正是近十年來雖陸續(xù)見到有不少單層釬焊金剛石工具的樣品推出，甚至也還見到有若干有關(guān)單層釬焊金剛石工具的專利報導，但卻一直未見有工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的單層釬焊金剛石工具制品進入國際工具市場的原因所在。
事實上國外在研發(fā)單層金剛石工具過程中遭遇的難題，只要遵循正確的思路扎扎實實從基礎(chǔ)做起是容易找到破解的方法的。本次申報的專利，通過實驗檢測釬焊磨料的殘余應(yīng)力和磨料界面反應(yīng)生成物的結(jié)構(gòu)、性態(tài)、分布特征，再綜合宏觀的力學和加工性試驗的結(jié)果，建立起了一項可對磨料釬焊效果作出科學評價并可據(jù)此調(diào)控優(yōu)化釬焊工藝的獨創(chuàng)技術(shù)。經(jīng)此項技術(shù)優(yōu)化確定的釬焊工藝，可以確保即使在工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)條件下工具表面的金剛石磨料也都能在不受熱損傷的前提下穩(wěn)定獲得高把持強度的最佳釬焊效果。
國外在以釬焊替代電鍍開發(fā)所謂新一代單層金剛石固結(jié)磨料工具時，關(guān)注的焦點僅只集中在希望籍助釬焊能夠大幅度提高對磨料的把持強度以應(yīng)對重負荷加工作業(yè)的需求上，但卻沒有人認識到為了滿足重負荷加工作業(yè)的要求還有另外一個同樣重要的問題亟待研究解決。按照加工理論，磨料及其結(jié)合把持強度只能說明磨?？沙惺茇摵傻哪芰?，工具所表現(xiàn)的加工性能則完全是由工具所擁有的地貌因素決定的，而且此點對要求不作修整就直接使用的單層固結(jié)磨料工具而言，顯得更加至關(guān)緊要。事實情況是，在現(xiàn)有單層固結(jié)磨料工具表面呈無規(guī)則隨機密布的磨料中，可以有效去除材料的所謂的動態(tài)有效磨粒僅占磨料總數(shù)的很少的一部分，大量冗余的磨料不僅顯著增加了工具的制作成本造成金剛石資源的極大浪費，更為重要的是它們的存在還嚴重干擾了有效磨粒的工作，使得加工作業(yè)總也無法被調(diào)控進入到最佳狀態(tài)，反而造成工具的鋒利度、加工效率、壽命等主要性能指標大幅度連鎖下滑的極為嚴重的負面惡果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種釬焊制作單層金剛石固結(jié)磨料工具的新方法，它能在磨料不受熱損傷的前提下，在賦予磨料界面以極高的化學冶金結(jié)合強度的同時，賦予工具以最佳的地貌，從而可使以新方法制作的工具能同時擁有高的鋒利度、加工效率和使用壽命的超級綜合性能優(yōu)勢。
本發(fā)明的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的制作方法，包括釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)、形態(tài)的綜合測試分析方法，金剛石磨料釬焊工藝的實驗優(yōu)化方法，高溫釬焊工藝，優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法，金剛石磨料的優(yōu)化排布法。分別敘述如下(1)釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)、性態(tài)的綜合測試分析方法此方法包括金剛石磨料釬焊界面顯微結(jié)構(gòu)的整體腐蝕顯示工藝、關(guān)于磨料界面反應(yīng)生成物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、大小、數(shù)量、分布特征的掃描電鏡(SEM)、X射線能譜(EDS)、X射線衍射物相測試分析方法，以及釬焊金剛石磨料殘余應(yīng)力的激光拉曼光譜的對比測定方法和內(nèi)部隱裂紋等缺陷的檢測方法、等等。
此綜合測試分析方法可為科學考評金剛石磨料的釬焊質(zhì)量和調(diào)控優(yōu)化釬焊工藝提供最有價值的定性和定量的可比數(shù)據(jù)資料。
(2)金剛石磨料釬焊工藝的實驗優(yōu)化方法高溫釬焊時在磨料界面發(fā)生的化學冶金作用不一定都能提高界面的結(jié)合強度，由于界面反應(yīng)的生成物多數(shù)屬高硬脆性材料，取決于界面反應(yīng)生成物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、大小、數(shù)量及其分布特征，界面實際可獲得的結(jié)合強度會在一個相當大的范圍內(nèi)變化。另外，磨料本身因為承受釬焊時的高溫熱經(jīng)歷，也可能會導致出現(xiàn)石墨化及由熱應(yīng)力失控引起的磨料內(nèi)部的隱裂紋、微裂紋甚至宏觀開裂之類的附加熱損傷。釬焊工藝的優(yōu)化其目的就在為單層金剛石工具制品的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)提供一種可以穩(wěn)定應(yīng)用的釬焊工藝，它應(yīng)能在釬焊磨料不發(fā)生熱損傷的同時，確保磨料界面能穩(wěn)定獲得盡可能高的把持強度。
本實驗優(yōu)化方法具體包括以下幾個環(huán)節(jié)①就待優(yōu)化的釬焊工藝條件提供單層金剛石磨料的釬焊試樣；
②選擇確定可以本質(zhì)表征釬焊質(zhì)量的測試項目作為優(yōu)化目標，再籍助專為釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)、形態(tài)的綜合測試分析方法，就釬焊試樣通過實測提供優(yōu)化目標的可比數(shù)據(jù)資料；③針對從各優(yōu)化目標的可比數(shù)據(jù)資料中反映出來的問題，在冶金熱力學、動力學原理和釬焊理論指導下，選擇釬焊工藝的調(diào)整對策，確定調(diào)整方案。然后再重復①、②兩項工作，直至優(yōu)化目標的系列可比數(shù)據(jù)資料被整體調(diào)控到接近最佳的狀態(tài)為止。在此過程中同時確定可以穩(wěn)定優(yōu)化目標的主要釬焊工藝參數(shù)的容許變動范圍；④最后，再由力學性能和加工性試驗確認優(yōu)化的效果。
(3)經(jīng)實驗優(yōu)化方法確立金剛石磨料的高溫釬焊工藝此種工藝已可穩(wěn)定用于生產(chǎn)金剛石磨料的高溫釬焊工藝技術(shù)，可被具體規(guī)范為是一種爐內(nèi)真空釬焊技術(shù)，真空爐的爐膛要求能確保10-2-10-3Pa的高真空氛圍條件；使用由Ni、Cr、Si、B、和微量稀土元素組成的一種專用的活性釬料合金，其中活性元素Cr的含量在8-10％之間，稀土元素則控制在1％以下；釬焊溫度＜1100℃，保溫時間＜5-10min，隨爐冷卻；釬料合金層厚度應(yīng)控制在磨料高度的30-50％，釬料沿磨料表面的爬升高度不應(yīng)超過磨料本身高度的70％。
金剛石磨料應(yīng)優(yōu)先選用在承受高溫熱經(jīng)歷性能上表現(xiàn)良好的優(yōu)質(zhì)磨料。釬焊用的金剛石磨料無預鍍膜要求。
(4)優(yōu)化設(shè)計工具地貌的方法就工具本身考慮，在磨料種類、粒度、結(jié)合劑材料和結(jié)合強度已定的情況下，地貌就是決定工具加工性的最重要的因素，這里的地貌因素包括有效磨粒間距、容屑空間、磨料等高性、出露高度等一系列的幾何分布參數(shù)，而其中有效磨粒間距由于直接決定了單顆磨粒的切除負荷，因而它是在需要優(yōu)化的地貌參數(shù)中對加工狀態(tài)具有最大影響力的參數(shù)。
本項發(fā)明按照磨加工學的基礎(chǔ)理論和工藝實踐，為單層金剛石固結(jié)磨料工具地貌的優(yōu)化設(shè)計提供兩種可以實用的方法。
①物理建模方法是在若干簡化的假設(shè)前提下，遵循基本的物理原則經(jīng)過連續(xù)推演建立數(shù)學模型，并籍所建立的數(shù)學模型完成地貌優(yōu)化設(shè)計的一種方法。譬如可以按照高效精密加工的要求和加工用量的組合條件，合理選擇以去除材料的比能u最小作為地貌優(yōu)化的目標函數(shù)u＝u(ap，vw，vs，P，D，K)并且以 σ≤[σ]，τ≤[τ] Q≥[Q]Ra≤[Ra]作為主要約束條件，構(gòu)成由式(*)表示的地貌優(yōu)化的綜合數(shù)學模型，其中vs、vw、ap、D分別為工具的線速度、進給速度、切深和直徑，K為與工件材料性能及磨料幾何形狀、鋒利程度相關(guān)的參數(shù)，P即為需要優(yōu)化確定的重要參數(shù)——動態(tài)有效磨粒間距。另外，σ和τ用于表示由工具表面磨料的支承把持強度給出的約束條件，而q、Q、Ra則分別反映由接觸弧區(qū)平均熱流密度、工具表面容屑空間和工件表面粗糙度要求所確定的約束關(guān)系。
求解該數(shù)學模型(*)，就可以在給定的加工要求和加工用量條件下獲得由一組包括動態(tài)有效磨料間距、磨料粒度、出露高度、容屑空間等主要參數(shù)表征的工具的最佳地貌。這意味著在給定的加工條件下當以擁有該最佳地貌的工具作業(yè)時，加工將顯示最佳效果。
②經(jīng)驗建模方法高效精密加工的要求仍由加工用量組合條件切深ap、進給速度vw、工具線速度vs(或工具轉(zhuǎn)速n)預先給定，但改物理建模為直接從加工該種材料時單顆金剛石磨粒的最佳平均切厚的實驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù)[ag]出發(fā)來規(guī)范和推算確定工具表面的動態(tài)有效磨粒數(shù)N或動態(tài)有效磨粒間距P的最佳數(shù)值，即N=vwn[ag]]]>或P=πDN=πDn[ag]vw---(**)]]>在按經(jīng)驗模型(**)推算確定了N或P的最佳值后，尚可按加工要求再順序確定磨料粒度、出露高度、容屑空間等其余的最佳地貌參數(shù)值。很明顯，只要初始由試驗提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)[ag]是合理可靠的，則經(jīng)驗模型在優(yōu)化設(shè)計工具地貌上與物理模型應(yīng)該具有相同的效果。
對粒度為40/50#的金剛石固結(jié)磨料工具，在加工一般金屬材料時，可推薦取 而當加工一般脆性材料譬如硬質(zhì)花崗石材時，則推薦 (5)單層釬焊工具制作中金剛石磨料的優(yōu)化排布方法——一次性使用的殼模布料方法本項發(fā)明為“按不同的加工要求和加工用量組合條件優(yōu)化工具表面地貌，再按優(yōu)化結(jié)果直接制作具有所要求地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具”的創(chuàng)新構(gòu)想提供了最關(guān)鍵的關(guān)于磨料優(yōu)化排布的實現(xiàn)技術(shù)。所提供的布料技術(shù)不僅可以覆蓋端面、圓柱面和各種任意復雜的異形面工具的需要，而且更為重要的是它還可以滿足單層金剛石工具工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的要求。
參照熔模鑄造中型殼的材料及其制作工藝，在單層工具工作面上預先掛涂一層耐火涂層，待其固化后在涂層上加工出間距與有效磨粒間距相符的布料槽(條布)或孔(點布)。此種覆蓋在工具表面已按要求加工有槽或孔的耐火涂層就是本項發(fā)明提供的一種一次性使用的布料模具。
對一次性布料模具用耐火涂層材料的總體要求是，它對要求掛涂的工具基體要有良好的浸潤和粘結(jié)性能，常溫固化后應(yīng)有足夠的強度特別是要有良好的可切削加工性能，經(jīng)高溫焙燒后還應(yīng)有較好的高溫強度、抗熱沖擊不開裂的性能、釬焊時與液態(tài)金屬不發(fā)生反應(yīng)的化學穩(wěn)定性以及良好的透氣性等等。
所發(fā)明的一次性涂層殼模選用粒度W40的Al2O3剛玉微粉作耐火材料，并以常用的水玻璃作為粘結(jié)劑。
利用一次性涂層殼模實現(xiàn)金剛石磨料優(yōu)化排布的具體操作方法和步驟如下①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，厚度控制在磨料高度的一半左右。涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，進一步固定磨料位置，在經(jīng)過充分硬化和高溫焙燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層型殼后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
在制成的工具制品表面會殘留部分耐火涂層材料，但不會影響工具加工性能。
本發(fā)明，相對于單層電鍍金剛石工具，具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品由于綜合有釬焊提供的高把持強度以及最佳地貌分布兩種優(yōu)勢，它在高硬脆性材料的高效重負荷精密加工中所顯示的超級加工性能是無與倫比的，它是現(xiàn)有電鍍工具真正意義上的換代產(chǎn)品。
本發(fā)明提供的就是此種換代工具的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的成套技術(shù)，包括經(jīng)過優(yōu)化可確保磨料無附加熱損傷、界面有極高的結(jié)合把持強度且可穩(wěn)定用于生產(chǎn)的金剛石磨料的高溫釬焊技術(shù)、可按不同加工要求和用量組合條件優(yōu)化設(shè)計地貌的方法以及按優(yōu)化結(jié)果直接排布磨料釬焊制作單層金剛石磨料工具的技術(shù)。


圖1，一次性使用的殼模布料方法示意a，表面掛涂耐火涂層圖b，在已干燥硬化的涂層上加工布料槽孔圖c，在加工好的槽孔中填充膏狀釬料合金圖d，在已填充釬料的槽孔中插布磨料圖e，最后整體封蓋一薄層耐火涂料圖中標號名稱1.基體，2.耐火涂層，3.布料槽孔，4.膏狀釬料合金，5.金剛石磨料，6.封蓋涂料層。
具體實施方法本發(fā)明的是關(guān)于一類通用的單層金剛石固結(jié)磨料工具換代新產(chǎn)品的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)工藝。以其中任意一種特定的工具譬如磨輪、鋸片、套料鉆、繩鋸串珠等等為例，它們的生產(chǎn)制作都可以按照下述方式組織實施1.根據(jù)用戶對工具提出的使用要求和工具的加工對象以及加工用量的可能的選用范圍，利用本發(fā)明的工具地貌的優(yōu)化方法，首先完成該種工具地貌的優(yōu)化設(shè)計工作。
2.嚴格按照本發(fā)明的已可穩(wěn)定用于生產(chǎn)的關(guān)于金剛石磨料的高溫釬焊工藝工藝對釬料和磨料所提出的規(guī)范要求，準備好釬料合金和金剛石磨料待用。
3.利用本發(fā)明的單層釬焊工具表面金剛石磨料的優(yōu)化排布方法，并按照已獲得的地貌優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果具體完成工具表面磨料和釬料的優(yōu)化排布工作。
圖1是一次性使用的殼摸布料方法示意圖。其中圖a是表面掛涂耐火涂層示意圖，即在基體2工作面上均勻掛涂一層耐火涂層1，其厚度控制在磨料高度的一半左右；圖b是在已干燥硬化的涂層上加工布料槽孔3，即按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在耐火涂層1上加工出相應(yīng)的布料槽孔3；圖c是在加工好的槽孔3中插布金剛石磨料5；圖e是在已經(jīng)布有金剛石磨料5和膏狀釬料合金4的涂層上最后再封蓋一層耐火封蓋涂料層6。
4.按照本發(fā)明的可以確保磨料在不發(fā)生附加熱損傷的前提下，能穩(wěn)定獲得高結(jié)合把持強度的金剛石磨料的高溫釬焊工藝的要求，規(guī)范釬焊的工藝參數(shù)條件，將已完成布料的待焊工具裝爐釬焊。
5.待加工性能試驗結(jié)果確認首批試制工具的超級加工性能優(yōu)勢后，即可按此組織工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，包括釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)、形態(tài)的綜合測試分析方法，金剛石磨料釬焊工藝的實驗優(yōu)化方法，高溫釬焊工藝，優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法，金剛石磨料的優(yōu)化排布法。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)、形態(tài)的綜合測試分析方法包括金剛石磨料釬焊界面顯微結(jié)構(gòu)的整體腐蝕顯示工藝，磨料界面反應(yīng)生成物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、大小、數(shù)量、分布特征的掃描電鏡，X射線能譜、X射線衍射物相測試分析以及釬焊金剛石磨料殘余應(yīng)力的激光拉曼光譜的對比測定方法及內(nèi)部隱裂紋等缺陷的檢測方法。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨料釬焊工藝的實驗優(yōu)化方法的具體步驟是①就待優(yōu)化的釬焊工藝條件提供單層金剛石磨料的釬焊試樣；②選擇確定可以本質(zhì)表征釬焊質(zhì)量的測試項目作為優(yōu)化目標，再籍助釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)、性態(tài)的綜合測試分析方法，就釬焊試樣通過實測提供優(yōu)化目標的可比數(shù)據(jù)資料；③針對從各優(yōu)化目標的可比數(shù)據(jù)資料中反映出來的問題，選擇釬焊工藝的調(diào)整對策，確定調(diào)整方案，然后再重復①、②兩項工作，直至優(yōu)化目標的系列可比數(shù)據(jù)資料被整體調(diào)控到接近最佳的狀態(tài)為止；④最后，再由力學性能和加工性試驗確認優(yōu)化的效果。
4.依據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述高溫釬焊工藝，包括確保真空爐的爐膛10-2-10-3Pa的高真空；使用由鎳、鉻、硅、硼和微量稀土元素組成的專用活性釬料合金，其中活性元素鉻的含量在8-10％之間，稀土元素控制在1％以下；釬焊溫度小于1100℃，保溫時間小于5-10min，隨爐冷卻；釬料合金層高度控制在磨料高度的30-50％；釬料沿磨料表面的爬升高度不超過磨料本身高度的70％。
5.依據(jù)權(quán)利要求3所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述高溫釬焊工藝，包括確保真空爐的爐膛10-2-10-3Pa的高真空；使用由鎳、鉻、硅、硼和微量稀土元素組成的專用活性釬料合金，其中活性元素鉻的含量在8-10％之間，稀土元素控制在1％以下；釬焊溫度小于1100℃，保溫時間小于5-10min，隨爐冷卻；釬料合金層高度控制在磨料高度的30-50％；釬料沿磨料表面的爬升高度不超過磨料本身高度的70％。
6.依據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法包括物理建模方法和經(jīng)驗建模方法，其中物理建模方法是以去除材料的比能(u)最小作為地貌優(yōu)化的目標函數(shù)u＝u(ap，vw，υs，p，D，k)并以σ≤[σ]，τ≤[τ]，q≤[q]，Q≥[Q]，Ra≤[Ra]作為主要約束條件，求解上述數(shù)學模型，可獲得在給定的加工要求和加工用量條件下，包括動態(tài)有效磨粒間距、磨粒粒度、出露高度、容屑空間等在內(nèi)的一組最佳地貌參數(shù)；經(jīng)驗建模方法是在切深(ap)，進給速度(vw)www，工具線速度(υs)或者工具轉(zhuǎn)速(n)預先給定的條件下，由試驗提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)[ag]，通過N=Vwn[ag]]]>或者p=πDN=πDn[ag]Vw]]>來推算確定工具表面的動態(tài)有效磨粒數(shù)(N)或動態(tài)有效磨粒間距(p)的間距值；
7.依據(jù)權(quán)利要求3所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法包括物理建模方法和經(jīng)驗建模方法，其中物理建模方法是以去除材料的比能(u)最小作為地貌優(yōu)化的目標函數(shù)u＝u(ap，vw，υs，p，D，k)并以σ≤[σ]，τ≤[τ]，q≤[q]，Q≥[Q]，Ra≤[Ra]作為主要約束條件，求解上述數(shù)學模型，可獲得在給定的加工要求和加工用量條件下，包括動態(tài)有效磨粒間距、磨粒粒度、出露高度、容屑空間等在內(nèi)的一組最佳地貌參數(shù)；經(jīng)驗建模方法是在切深(ap)，進給速度(vw)www，工具線速度(υs)或者工具轉(zhuǎn)速(n)預先給定的條件下，由試驗提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)[ag]，通過N=Vwn[ag]]]>或者p=πDN=πDn[ag]Vw]]>來推算確定工具表面的動態(tài)有效磨粒數(shù)(N)或動態(tài)有效磨粒間距(p)的間距值；
8.依據(jù)權(quán)利要求4所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法包括物理建模方法和經(jīng)驗建模方法，其中物理建模方法是以去除材料的比能(u)最小作為地貌優(yōu)化的目標函數(shù)u＝u(ap，vw，υs，p，D，k)并以σ≤[σ]，τ≤[τ]，q≤[q]，Q≥[Q]，Ra≤[Ra]作為主要約束條件，求解上述數(shù)學模型，可獲得在給定的加工要求和加工用量條件下，包括動態(tài)有效磨粒間距、磨粒粒度、出露高度、容屑空間等在內(nèi)的一組最佳地貌參數(shù)；經(jīng)驗建模方法是在切深(ap)，進給速度(vw)www，工具線速度(υs)或者工具轉(zhuǎn)速(n)預先給定的條件下，由試驗提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)[ag]，通過N=Vwn[ag]]]>或者p=πDN=πDn[ag]Vw]]>來推算確定工具表面的動態(tài)有效磨粒數(shù)(N)或動態(tài)有效磨粒間距(p)的間距值；
9.依據(jù)權(quán)利要求5所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法包括物理建模方法和經(jīng)驗建模方法，其中物理建模方法是以去除材料的比能(u)最小作為地貌優(yōu)化的目標函數(shù)u＝u(ap，vw，υs，p，D，k)并以σ≤[σ]，τ≤[τ]，q≤[q]，Q≥[Q]，Ra≤[Ra]作為主要約束條件，求解上述數(shù)學模型，可獲得在給定的加工要求和加工用量條件下，包括動態(tài)有效磨粒間距、磨粒粒度、出露高度、容屑空間等在內(nèi)的一組最佳地貌參數(shù)；經(jīng)驗建模方法是在切深(ap)，進給速度(vw)www，工具線速度(υs)或者工具轉(zhuǎn)速(n)預先給定的條件下，由試驗提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)[ag]，通過N=Vwn[ag]]]>或者p=πDN=πDn[ag]Vw]]>來推算確定工具表面的動態(tài)有效磨粒數(shù)(N)或動態(tài)有效磨粒間距(p)的間距值；
10.依據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
11.依據(jù)權(quán)利要求3所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
12.依據(jù)權(quán)利要求4所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
13.依據(jù)權(quán)利要求5所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
14.依據(jù)權(quán)利要求6所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
15.依據(jù)權(quán)利要求7所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
16.依據(jù)權(quán)利要求8所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
17.依據(jù)權(quán)利要求9所述的具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的工藝方法，其特征在于，所述金剛石磨粒的優(yōu)化排布法——一次性使用的殼模布料方法的具體步驟是①參照熔模鑄造業(yè)制作殼型的方法，先在工具工作面上均勻掛涂一層耐火涂料層，涂層經(jīng)充分干燥硬化；②按照優(yōu)化確定的有效磨粒間距，在涂料層上加工出相應(yīng)槽孔；③在涂料層的槽孔中填放調(diào)成膏狀的釬料合金；④在膏狀的釬料層中撒布金剛石磨料，并將磨料壓實到基體表面；⑤在已經(jīng)布有磨料和釬料的涂層上最后再封蓋一層耐火涂料，在經(jīng)過充分硬化和高溫培燒后送入真空爐內(nèi)釬焊；⑥釬焊后去除和清理外層殼型后即可得到具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石工具制品。
全文摘要
一種具有優(yōu)化地貌的單層釬焊金剛石固結(jié)磨料工具的制作方法，包括釬焊金剛石磨料及其界面理化結(jié)構(gòu)，性態(tài)的綜合測試分析方法，金剛石磨料釬焊工藝的實驗優(yōu)化方法，高溫釬焊工藝，優(yōu)化設(shè)計工具地貌方法，金剛石磨料的優(yōu)化排布法。綜合運用上述工藝方法制成的單層金剛石固結(jié)磨料工具，同時具有釬焊提供的高結(jié)合把持強度和磨料的擇優(yōu)排布提供的最佳地貌的雙重優(yōu)勢，已在高硬脆性難加工材料的高效重負荷加工中顯示出無與倫比的超級優(yōu)異的加工性能。
文檔編號B24D18/00GK1528565SQ200310106070
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者徐鴻鈞, 傅玉燦, 肖冰, 徐九華, 蘇宏華 申請人:南京航空航天大學